Введение в материаловедение

Наука о стоматологических материалах имеет сравнительно короткую историю, около 300 лет. Возникновение стоматологического материаловедения как науки датируют 1728 г., когда вышла книга Пьера Фошара (Faucherd P., 1678–1761) о материалах и способах их применения в стоматологии, хотя сохранились археологические данные практического применения материалов в полости рта и до нашей эры. В ранние годы становления стоматологии изготовление зубных протезов было достаточно редким явлением и требовало необыкновенного искусства для обработки драгоценных и полудрагоценных сплавов (золота, серебра) или ручной обработки кости, ракушек, панцирей, бивней животных. Зубные протезы изготавливали приблизительно, «на глазок», многократно прибегая к примерке во рту. Лишь в 1721 г. городской врач Бреславля Готфрид Пурман предложил предварительно получать оттиск с челюстей, чтобы пользоваться им при изготовлении искусственных зубов. Для пломбирования полостей в зубах использовали различные материалы: от хлопковых тканей и расплавленного свинца до золотой фольги. С появлением амальгамы начались научные изыскания в реставрационной стоматологии.

Современное стоматологическое материаловедение изучает широкий круг вопросов, связанных с производством материалов и их клиническим применением. Так, например, в ортопедической стоматологии используют множество технологических процессов, включающих моделирование, получение штампов, прессование, литье деталей ортопедических конструкций из сплавов металлов, полимеризацию пластмасс, паяние, нанесение керамических и пластмассовых покрытий. Все это требует от врача-стоматолога не только знаний техники изготовления зубных протезов, правильного использования аппаратуры, но и знаний о влиянии того или иного технологического процесса на свойства и качество материала. Нарушение технологии при использовании материала может привести к понижению его прочности и появлению отрицательных свойств, способных влиять на органы полости рта и организм в целом.

Стоматологическое материаловедение — наука, изучающая взаимо-связь состава, строения, свойств, технологии производства и применения материалов для стоматологии, а также закономерности изменения свойств материалов под влиянием различных факторов. Все материалы, применяемые в стоматологии, можно разделить на следующие группы по химическому составу: неорганические соли, керамика, металлы и сплавы, полимеры. Группа материалов на основе полимеров включает композиты, эластомерные материалы и пластмассы. Классификация материалов представлена на рис. В.1.

Рис. В.1. Классификация материалов, применяемых в стоматологии

Материалы, применяемые в стоматологии, обладают физическими, химическими, механическими, технологическими и биологическими свойствами.

Физические свойства основаны на законах механики, акустики, оптики, термодинамики, электричества, магнетизма, излучения, атомной структуры и ядерных явлений. На законах оптики основаны явления света, связанные с его восприятием (цветом, насыщенностью и яркостью). На законах термодинамики основаны теплопроводность, теплоемкость и тепловое расширение.

Химические свойства основаны на способах взаимодействия, соединения и изменения веществ, определяемых их внешними орбитальными электронами. Внешние электроны отвечают за связывание атомов в молекулах и электрические, тепловые, оптические и магнитные свойства твердых тел. Свойства материалов представлены на рис. В.2.

Рис. В.2. Свойства материалов для стоматологии

Строго разграничить свойства материалов на физические, химические и механические не всегда удается, поэтому чаще пользуются комплексными понятиями для характеристики различных материалов: физико-механическими и физико-химическими свойствами.

Физико-механические свойства

К физико-механическим свойствам относят плотность, теплопроводность и электропроводность, теплоемкость, коэффициент теплового (термического) расширения, температуру плавления, температуру кипения, температуру кристаллизации/рекристаллизации, фазовые превращения, поверхностное натяжение, реологические и оптические свойства, цвет, адгезивные свойства, прочность, твердость, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, растяжение, сжатие, изгиб, кручение и другие при функциональных нагрузках.

Плотность — масса вещества в единице объема, ее измеряют в граммах на кубический сантиметр (г/см³), она зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Так, например, при увеличении давления расстояние между молекулами вещества сокращается, следовательно, плотность становится больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества, в результате чего плотность понижается.

Примеры плотности веществ представлены в табл. В.1.

Таблица В.1. Значения коэффициента теплопроводности (К) натуральных тканей в сравнении с рядом восстановительных материалов

Теплопроводность (κ) — способность материала проводить тепловую энергию от более нагретых частей тела к менее нагретым путем хаотического движения частиц (атомов, молекул, электронов и т.д.). Измеряют по количеству тепла в секунду, которое проходит через образец материала толщиной 1 см и площадью поперечного сечения 1 см² при разнице температуры в 1 °С (или l Κ) на концах образца. Единица измерения теплопроводности в международной системе — ватт на градус по Кельвину (Вт×м⁻¹×Κ⁻¹). Как правило, теплопроводность увеличивается в следующем порядке: полимеры → керамика → металлы, хотя могут быть исключения (см. табл. В.1).